13 – L’énergie dans l’Industrie

  

Table des matières du blog www.8-e.fr

Energie

Bâtiment

Véhicules

CO2

Dans l’onglet CO2 :

1 - Tableau des énergies primaires

2 - Tableau des vecteurs d’énergie

3 - Tableau des utilisations

4 - Tableau d’ensemble « énergie »

Les énergies :

5 - Energies des primaires mécaniques renouvelables dédiées à l’électricité

6 - Energie primaire solaire dédiée à l’électricité

7 - Energies primaires thermiques non renouvelables

8 - Energies thermiques renouvelables

9 - Energies secondaires « vecteurs d’énergie »

Les utilisations :

10 - L’énergie dans le bâtiment

11 - L’énergie dans les transports

12 - L’énergie dans l’agriculture et la pêche

13 - L’énergie dans l’industrie

14 - 3 mesures pour réduire le CO₂ au moindre coût

Sujets Connexes

 La taxe carbone

 Le contre-exemple allemand

Le défi climatique selon Jean Tirole

(hors production électrique)

Chauffage process

(Colonne w du tableau de synthèse)

Des températures plus ou moins élevées, et des apports de chaleur sont nécessaires à de nombreux process de production industrielle pour lesquels l’origine de la chaleur ne s’impose pas. Citons :

• Le ciment
• Les céramiques
• L’industrie chimique et pétrolière (distillation)
• Les alliages métalliques
• La plasturgie
• L’agroalimentaire
• La chimie
• Le séchage
• ...

Le choix de la source d’énergie est très varié. Pour certaine applications grosses consommatrices, mais très concurrentielles, telles les cimenteries, le charbon reste utilisé. On lui substitue parfois la combustion de pneumatiques déchiquetés dont le coût est nul voire légèrement négatif, tant leur élimination est problématique, d’où un dilemme entre l’avantage écologique d’éliminer les pneumatiques usagés, et l’inconvénient de l’émission de CO₂ consécutive. Hormis ce cas, la plupart de ces industries pourraient utiliser le gaz ou l’électricité, cette dernière étant préférable si elle est largement ou totalement décarbonée.

Electricité process

(Colonne x du tableau de synthèse)

Certaines industries requièrent de l’électricité en tant que telle dans leur process de production. Citons :

• L’électrolyse :CO2,
• Production d’aluminium
• Traitements de surface
• Production d’hydrogène (potentiellement)
• L’aciérie électrique
• La soudure dans plusieurs variantes (TIG, MIG, UM, plasma, par points …)
• ...

Elle n’est alors évidemment pas remplaçable.

Puissance mécanique

(Colonne y du tableau de synthèse)

La quasi-totalité des industries requièrent de l’électricité qui est transformée en énergie mécanique par des moteurs ou actionneurs électriques :

• Ventilation
• Refroidissement et cryogénie
• Manutention, levage
• Broyage, concassage, mélange
• Machines-outils, machines-transfert, automates de production, robots
• Production d’air comprimé
• Centrifugeuses

Pour ces applications, l’électricité n’est pratiquement pas remplaçable, sinon par des moteurs thermiques aux émissions élevées et de moindre rendement, parfois utilisés en secours en cas de défaillance du réseau.

Hauts-Fourneaux et convertisseurs

(Colonne z du tableau de synthèse)

Rappelons que la fonte est obtenue par réduction du minerai de fer par le carbone suivant les réactions simplifiées :

2 C + O₂ à 2 CO

2 Fe₂ O₃ + 3 CO à 4 Fe + 3 CO₂

Le coke (carbone presque pur obtenu par distillation du charbon dans les fours à coke) est donc utilisé ici avant tout en qualité de réducteur chimique, et accessoirement seulement pour son apport de chaleur. Il est donc impossible de lui substituer une autre forme de chaleur : le carbone est partie intégrante de la réaction.

Les convertisseurs qui produisent l’acier à partir de la fonte procèdent également par oxydation du carbone résiduel contenu dans la fonte. Ils émettent donc aussi du CO₂, inévitablement.

Rappelons aussi que « l’aciérie électrique » n’est pas un substitut de l’aciérie classique. Elle ne sert qu’à retransformer des ferrailles en lingots.

La sidérurgie fait donc partie des activités pour lesquelles le carbone n’est pas substituable : elle ne participera pas à la réduction des émissions de CO₂ autrement que par amélioration de l’efficacité, ici dite « mise (Kg de coke) aux mille (kg de minerai de fer) », qui a été fortement réduite dans le passé, mais approche de sa limite théorique, ou par captation du CO₂, dont la faisabilité économique reste à démontrer.

Etape 1 : Substitution de combustibles

Etape 1 : Substitution de combustibles

Table des matières du blog www.8-e.fr

Energie

Bâtiment

Véhicules

Profil

Sujets connexes :

Réduire vite et beaucoup les émissions de CO2 en France

Etape 2: l’efficacité énergétique

Etape 3 : la substitution électronucléaire

Etape 4 : aller plus loin avec les véhicules

Incitations économiques pour les 4 étapes

Nous avons vu dans un message précédent, que pour un même apport énergétique, ces énergies fossiles amènent des émissions  très différentes: le charbon émet 64% de plus que le pétrole, et le gaz 21% de moins. Entre le charbon et le gaz, il y a plus qu’un facteur 2. Quand c’est possible, remplacer le charbon par le gaz permet de parcourir plus de la moitié du chemin vers une suppression des émissions concernées, et ceci peut souvent être fait rapidement et pour un coût modique. 

Dans ce qui suit, conformément aux définitions INSEE et SOES, le GPL est comptabilisé avec le pétrole et non avec le gaz. Ceci est logique, car le GPL est beaucoup plus proche du pétrole, dont il est d’ailleurs issu, en termes  de stockage à l’état liquide sous faible pression, comme en termes démission de CO₂, c’est-à-dire du ratio C/H de sans cette étape, maintiennent exactement la consommation énergétique par secteur.

• En sidérurgie : aucune substitution n’est possible, car le seul procédé d’élaboration de la fonte à partir du minerai de fer repose sur la réduction de l’oxyde de fer du minerai par le carbone.
• En agriculture et industrie : La diversité des utilisations, qui comporte des utilisateurs mobiles (tracteurs) et des procédés de fabrication, ne permet guère d’établir une prévision. Considérons l’hypothèse de  -50% de charbon et -30% de pétrole compensés par +31% de gaz.
• En chauffage,  la substitution du fioul ou du GPL au charbon (peu employé), est presque toujours possible, mais est limitée par la difficulté de stockage du gaz, principalement du méthane, qui nécessite soit des pressions élevées, soit un stockage cryogénique. Elle ne peut donc s’effectuer pratiquement que dans les régions desservies par les réseaux de gaz, et dans la limite des capacités de ces réseaux, qui peuvent être renforcés et étendus à cet effet. Compte tenu de son caractère diffus, l’agriculture fera moins que l’industrie. Considérons globalement - 70% de charbon et - 40% de pétrole compensés par +30% de gaz, ce qui est déjà une hypothèse optimiste.
• En production électrique, la substitution du gaz au charbon et au pétrole n’est limitée que par la difficulté de stocker ce gaz naturel, ce qui risque de poser problème car les pointes de consommation électrique coïncident malheureusement avec les pointes de consommation de gaz, pour cause de demande de chauffage. Considérons la transformation de toutes les centrales au charbon en centrales à gaz si possible, ou à défaut en centrale au fioul : -100% de charbon et -20% de pétrole compensés par +173% de gaz, compte tenu des pondérations différentes.
• Dans les transports où le charbon n’est pas employé, la substitution du gaz aux carburants liquides (essence, gazole et GPL) est difficilement envisageable en raison des difficultés de stockage du gaz comprimé dans un véhicule routier, et sa quasi-impossibilité dans un avion. Donc pas de substitution à court terme.
• Par nature, aucune substitution n’est possible quand ces substances sont utilisées comme matières premières.

 

Ces substitutions aboutissent par elles-mêmes à une baisse du CO₂ de 6%, résultat limité qui tient au fait que le transport, premier émetteur, ne peut pratiquement pas y procéder, mais résultat intéressant quand même, car peu coûteux et pouvant être obtenu  très rapidement.

Etape 2 : efficacité énergétique

Table des matières du blog www.8-e.fr

Energie

Bâtiment

Véhicules

Profil

Sujets connexes :

Réduire vite et beaucoup les émissions de CO2 en France

Etape 1 : substitution de combustibles fossiles

Etape 3 : la substitution électronucléaire

Etape 4 : aller plus loin avec les véhicules

Incitations économiques pour les 4 étapes

C’est en principe la voie à privilégier : obtenir le même résultat en utilisant moins d’énergie. Examinons les possibilités :

• Sidérurgie : l’efficacité énergétique d’un haut-fourneau est la « mise aux mille », masse de coke nécessaire à la production de 1000 kg de fonte. Elle s’est énormément améliorée au cours des siècles, mais atteint maintenant ses limites. Une éventuelle réduction de la mise aux mille ne pourrait intervenir qu’à l’occasion de la construction d’un nouveau haut-fourneau en France, qui n’est pas d’actualité. Donc pas d’amélioration plausible ici.
• Dans l’agriculture et l’industrie, la variété des situations rend les prévisions difficiles. Une taxe carbone serait ici nécessaire et efficace. Tablons sur 20%, tant pour le charbon, et le fioul  que pour le gaz.
• Dans le chauffage domestique et tertiaire, de nombreux gisements d’efficacité énergétique subsistent : isolation du parc ancien, suppression des chauffages collectifs répartis selon les millièmes de copropriété, généralisation des régulateurs intelligents. Une baisse de 30% de ce fait est envisageable, tant en fioul (de moins en moins utilisé) qu’en gaz.
• Dans la production électrique, les rendements des centrales sont à leur optimum depuis longtemps. Le seul progrès déterminant réside dans les centrales à gaz à cycle combiné qui permettent d’améliorer le rendement d’environ 40% à près de 58%, au prix d’un investissement plus élevé. Mais ceci ne concerne que les centrales à gaz conventionnelles. Tablons sur 15% du total.
• Dans les transports, il ne faut plus compter sur l’amélioration du rendement des moteurs qui ont déjà beaucoup donné, et sont handicapés par les normes antipollution Euro 6 : on ne peut pas optimiser tous les paramètres à la fois ! L’amélioration d’efficacité pourrait venir de :
• Le remplacement naturel des véhicules anciens par des véhicules récents plus économes, avec cylindrée réduite (« downsizing »), ce qui ne signifie pas puissance réduite, grâce aux turbocompresseurs.
• L’hybridation (non rechargeable) des véhicules urbains.
• Le développement des boîtes automatiques pilotées à deux embrayages, genre DSG7 de Volkswagen, qui optimisent le point de fonctionnement du moteur.
• Le covoiturage qui remplit les véhicules à défaut de réduire leur consommation.
• Le développement des lignes d’autocars (loi Macron) qui réduira les trajets en véhicules individuels, et aussi la circulation de rames ferroviaires vides dont la trace carbone globale est loin d’être aussi bonne qu’on l’annonce.
• Selon l’évolution du prix public des carburants, évolution vers des véhicules économes, plus bas, plus étroits, plus légers, munis de moteurs beaucoup moins puissants.
• Tablons sur 30%, évidemment concentrés sur le pétrole, dont tous les carburants sont issus.
• Par nature, les matières premières ne peuvent pas faire l’objet d’une amélioration de l’efficacité énergétique.

L’efficacité énergétique permet d’envisager un gain de 23% sur l’énergie fossile consommée sans révolution majeure, donc assez vite. S’ajoutant aux substitutions du § 1. , la réduction cumulée des émissions de CO₂ est de 27%, déjà très appréciable, mais encore loin de l’engagement français de -40% en 030.